作者哈里森·塔索夫，加州大学圣巴巴拉分校 射手座A*
这张照片是由美国宇航局钱德拉x光天文台拍摄的
信用:公共领域 像大多数星系一样，银河系的中心有一个超大质量黑洞
这个名为射手座A*的天体几十年来一直吸引着天文学家的好奇心
现在有一种努力要把它直接形象化
捕捉一张好的天兽照片需要更好地了解它周围发生的事情，这被证明是具有挑战性的，因为所涉及的尺度差异很大
“这是我们必须克服的最大困难，”加州大学圣巴巴拉分校理论物理研究所(KITP)的博士后研究员肖恩·雷斯勒说，他刚刚在《天体物理学杂志快报》上发表了一篇论文，研究人马座A*周围吸积盘的磁性
在这项研究中，莱斯勒、KITP博士后克里斯·怀特和他们的同事、加州大学伯克利分校的艾略特·夸特和高级研究所的詹姆斯·斯通试图确定黑洞的磁场(由坠入的物质产生)是否会积聚到暂时阻断这种流动的程度，科学家称这种情况为磁停滞
要回答这个问题，需要一直模拟这个系统，直到最近的轨道恒星
这个系统跨越了七个数量级
黑洞的事件视界，或称不返回包络，距离其中心约400万至800万英里
与此同时，恒星的轨道距离约为20万亿英里，或与太阳最近的邻近恒星一样远
“所以你必须追踪从这个非常大的尺度一直下降到这个非常小的尺度的物质，”雷斯勒说
“在一次模拟中做到这一点非常具有挑战性，甚至是不可能的
“最小的事件在秒的时间尺度上进行，而最大的现象持续数千年
本文将主要基于理论的小规模模拟与受实际观测约束的大规模模拟联系起来
为了实现这一点，雷斯勒在三个重叠的比例下将任务分配给不同的模型
第一次模拟依赖于射手座A*周围恒星的数据
幸运的是，黑洞的活动只由大约30个沃夫-瑞叶星主宰，它们会释放出大量的物质
雷斯勒说:“其中一颗恒星的质量损失大于同一时间内落入黑洞的物质总量。”
恒星在进入更稳定的生命阶段之前，只在这个动态阶段度过了大约10万年
利用观测数据，雷斯勒模拟了这些恒星大约一千年的轨道
然后，他用这些结果作为模拟中程距离的起点，这种距离在更短的时间尺度上演化
他重复了这一过程，进行了一次模拟，一直到事件视界的边缘，那里的活动在几秒钟内就发生了
这种方法不是将硬重叠拼接在一起，而是让雷斯勒将三次模拟的结果相互淡化
合著者怀特说:“这些确实是射手座A*中第一批最小尺度的吸积模型，它们考虑到了来自轨道恒星的物质供应的现实。”
这项技术非常有效
“这超出了我的预期，”雷斯勒说
结果表明，射手座A*会被磁性吸引
这对团队来说是一个惊喜，因为银河系有一个相对安静的银河中心
通常情况下，磁性被捕捉到的黑洞会有高能喷流以相对论速度将粒子射出
但是到目前为止，科学家们还没有看到射手座甲附近有喷流的证据
“另一个有助于产生喷流的因素是一个快速旋转的黑洞，”怀特说，“所以这可能告诉我们一些关于射手座A*的旋转
" 不幸的是，黑洞旋转很难确定
雷斯勒把射手座A*模拟成一个静止的物体
“我们对旋转一无所知，”他说
“有可能它实际上只是不旋转
" 莱斯勒和怀特下一步计划是建造一个旋转的后洞，这更具挑战性
它立即引入了许多新的变量，包括自旋速率、方向和相对于吸积盘的倾斜
他们将使用欧洲南方天文台重力干涉仪的数据来指导这些决定
该团队使用模拟来创建图像，这些图像可以与黑洞的实际观测结果进行比较
事件视界望远镜合作项目的科学家们已经开始请求模拟数据，以补充他们拍摄人马座A*的努力。该项目于2019年4月首次直接拍摄黑洞图像，成为头条新闻
事件视界望远镜有效地对其观测进行时间平均，这导致图像模糊
当天文台把目光投向梅西耶87*时，这并不是什么大问题，因为它比射手座A*大1000倍左右，所以变化速度要慢1000倍左右
“这就像给树懒拍照和给蜂鸟拍照一样，”雷斯勒解释道
他们现在和未来的结果应该有助于联盟解释他们在我们自己的银河系中心的数据
雷斯勒的结果是我们理解银河系中心活动的一大进步
雷斯勒说:“这是第一次在三维模拟中对射手座α*进行如此大范围的半径建模，也是第一次采用直接观测沃夫-瑞叶星的事件视界尺度模拟。”
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